Intensiv träning utmanar kapaciteten hos de flesta av kroppens organ, och till och med hjärtats och andningssystemets vitala funktioner påverkas. I det avseendet har hjärnan en intressant ställning, och i denna volym av Experimental Physiology visar Ross et al. (2007) att central trötthet, i förhållande till den neuromuskulära korsningen, utvecklas efter ett maratonlopp. Hjärnan aktiverar musklerna, men å andra sidan är musklerna en stark konkurrent (”den sovande jätten”, L. B. Rowell) när det gäller kontinuerlig tillförsel av syre och substrat som hjärnan är beroende av. Central trötthet har påvisats för särskilt långsamma muskelsammandragningar under mycket intensiv träning av kort varaktighet med sänkning av syrgasspänningen i hjärnan (Rasmussen et al. 2007) och central trötthet är inte begränsad till förutsägbara situationer, t.ex. när träning framkallar en förhöjd hjärntemperatur eller en låg blodglukosnivå (Nybo & Secher, 2004). Även om den eller de mekanismer som är inblandade i central trötthet fortfarande är okända är det viktigt att klarlägga hur, när och varför central trötthet utvecklas under träning. Central trötthet kan betraktas som en säkerhetsåtgärd för den aktiva organismen för att balansera funktionen hos olika organ. Omvänt är en viktig effekt av träning att lindra central trötthet under intensiv träning. Dessutom kan insikter om de mekanismer som är ansvariga för central trötthet vara relevanta för behandlingen av patienter som lider av sjukdomar som är förknippade med kronisk trötthet.

Det är fascinerande hur hjärnan i timmar kan stressa kroppen även efter att ha ”slagit i väggen” under ett maratonlopp. Detta är ännu mer imponerande i en laboratoriemiljö. Maratonloppet har fascinerat fysiologer sedan början av de moderna olympiska spelen, som ett exempel på extrem träning. Det är en klassisk observation att löphastigheten minskar markant när muskelglykogennivån sjunker till en kritisk nivå, vilket innebär att aktiveringsstrategin måste ändras i enlighet med detta. Nedbrytningen av löpstilen tyder på att musklerna inte längre aktiveras på ett idealiskt sätt, och med hjälp av elektrofysiologiska tekniker ger Ross et al. (2007) en första inblick i de fenomen i det centrala nervsystemet (CNS) som utan tvekan påverkas av långvarig träning.

Ross et al. (2007) använder sig av twitchinterpolation för att uttrycka den centrala aktiveringseffektiviteten vid rekrytering av musklerna. Innan Gandevia och kollegor försiktigt införde transkraniell magnetstimulering (TMS) för ryckinterpolation (Todd m.fl. 2003) utvärderades mätning av frivillig aktivering genom elektrisk stimulering av motornerven (Merton, 1954). TMS ger fördelen att man får tillgång till cellerna i den motoriska cortexen hos vakna människor och därmed en uppskattning av aktiviteten i de motoneuronala banorna. Även om effekten av TMS är komplex (Petersen et al. 2003) öppnar TMS ett fönster för utvärdering av rekrytering av muskelfibrer, men det finns fortfarande ett behov av noggrann tolkning av resultaten.

Motornerven till muskeln tibialis anterior ligger i närheten av grenen av den gemensamma peroneusnerven, och elektrisk stimulering som syftar till att aktivera muskeln tibialis anterior kan aktivera peroneusmuskulaturen (Gandevia & McKenzie, 1988) så att tolkningen av dess roll i vridmomentproduktionen runt fotleden kommer att vara komplex. Ross et al. (2007) stimulerade den perifera nerven med magnetisk stimulering, och det återstår att fastställa hur denna stimulering omfattar olika grenar av den gemensamma peroneusnerven.

Fördelen med att använda TMS för aktivering av muskeln tibialis anterior är att den har en låg tröskel och, vilket är viktigt, en lägre tröskel än antagonisten (muskeln soleus). Detta är relevant, särskilt när den extra kraft som stimuleringen inducerar, jämfört med en frivillig ansträngning, bedöms. Den frivilliga aktiveringen av tibialis anterior-muskeln var mindre än 90 % av den TMS-inducerade styrkan, vilket är lägre än vad man har funnit i studier med elektrisk stimulering. Trots detta minskade maratonmaratonet avsevärt förmågan att aktivera muskeln till en maximal prestation. Det bör påpekas att central trötthet, som mäts med tekniken för interpolering av ryckningar, återhämtar sig snabbt efter träning (Gandevia et al. 1996). Trots detta fann Ross et al. (2007) en tydlig minskning av den frivilliga aktiveringen av tibialis anterior inom 20 minuter efter maratonloppet som försvann efter 4 timmar, vilket visar på en förändring av den kortikala produktionen.

Och även om de presenterade resultaten är imponerande är de underliggande mekanismerna för utvecklingen av central trötthet inte belysta. Det är frestande att ta upp sådana möjliga mekanismer. Aktivering av hjärnan ökar det cerebrala blodflödet eftersom den neurala ämnesomsättningen ökar, vilket uttrycks av den cerebrala ämnesomsättningen av syre (CMRO2) och kolhydrater (CMRCHO). En minskning av förhållandet mellan CMRO2 och CMRCHO, som är ∼6 i vila, är ett kännetecken för cerebral aktivering, och ansträngande träning ökar kolhydratupptaget i förhållande till syreupptaget (Dalsgaard, 2006). Det minskade förhållandet mellan CMRO2 och CMRCHO som utvecklas under träning identifierar träning som en kraftfull aktiverare av cerebral metabolism och illustrerar att träning orsakar en markant störning av cerebral metabolism. Med tanke på att hjärnan har liten kapacitet för anaerob metabolism är ödet för det överskott av kolhydrater som tas upp under aktivering troligen att det metaboliseras, även om ammoniakclearance kan stå för cirka 10 % av det överskott av kolhydrater som tas upp (Dalsgaard, 2006).

Under träning frigör musklerna ammoniak och hjärnan tar upp ammoniak. Hjärnan har ingen effektiv ureacykel och är beroende av syntesen av glutamin från glutamat för att avlägsna ammoniak. Eliminering av ammoniak kan minska koncentrationen av de excitatoriska neurotransmittorerna glutamat och γ-aminosmörsyra, och en sådan störning skulle kunna ligga till grund för cerebral dysfunktion och kronisk trötthet vid leversjukdomar, vilket tyder på att ammoniak kan vara en ”trötthetsskapande agent” under träning (Nybo & Secher, 2004). Av intresse är också de serotonerga och dopaminerga systemen (Newsholme et al. 1987). Serotonin spelar en roll för upphetsning, sömnighet och humör, och även om kinetiken för serotoninmetabolismen inte kan bedömas genom arteriovenösa skillnader för hjärnan, kan dess prekursor, tryptofan, ge sådan information. Dopamin är involverat i kontrollen av rörelse, och den regionala dopaminmetabolismen i hjärnan ökar under träning hos djur. På samma sätt ökar den arteriella koncentrationen av dopamin under ansträngande träning, men ingen förändring av frisättningen över hjärnan observerades (Nybo & Secher, 2004).

Att illustrera central trötthet som en förändring i kortikal excitation är ett stort steg framåt. De tillämpliga metoderna, t.ex. TMS, arteriovenösa skillnader och avbildningstekniker, måste dock kombineras för att koppla förändringar i den kortikala excitabiliteten till förändringar i den cerebrala kolhydrat-, aminosyra- och neurotransmittormetabolismen samt till metabolit- och hormonsignalering mellan hjärnan och musklerna. Frågan är då vad som är hönan och vad som är ägget. För att klarlägga sambanden mellan orsak och verkan måste därför det beskrivande arbetet övergå till experimentell fysiologi och integrativa fysiologiska studier som omfattar människor.